Academic literature on the topic 'Impédance de puce non linéaire'

Le contexte de cette thèse aborde les scénarios RFID UHF impliquant la mise en jeux d'un grand nombre de tags. Ces tags sont d'une part distribués de manière aléatoire et d'autre part concentrés dans un volume électriquement réduit. Dans cette situation, la proximité des éléments rayonnants entraîne un couplage électromagnétique important entre les antennes des tags, impactant le lien radio entre le lecteur et chaque tag. Par conséquent, on observe généralement une dégradation des indicateurs de performance clés du système, tels que la distance maximum de lecture ou le taux de lecture. Ce travail de recherche présente une analyse de performance d'un système RFID dans un contexte de forte densité de tags en incluant des aspects statistiques. À cette fin, un modèle est proposé pour les liaisons montante et descendante, incluant les effets de couplage entre les tags. Ce modèle est validé par des simulations et des mesures. Avant de se concentrer sur l'analyse complexe d'un ensemble de tags, une caractérisation complète d'un tag RF fabriqué au laboratoire est présentée. Ce tag RFID est composé d'une antenne gravée sur un substrat epoxy et utilise une puce Higgs-9. L'impédance de l'antenne est simulée et mesurée. L'impédance non linéaire de la puce est caractérisée par un impédancemètre. L'ensemble du tag est composé de l'antenne et de la puce et il est testé dans le cadre du protocole RFID. Compte tenu de la complexité du problème posé, l'ensemble des tags RFID est également modélisé par un ensemble de dipôles chargés afin de simplifier l'analyse electromagnétique. Ce modèle simplifié reste valide à condition qu'une corrélation élevée entre le comportement d'un ensemble de dipôle et celui des tags réels puisse être prouvée. La dégradation des performances due au couplage dans la liaison descendante est analysée en termes de surface équivalente radar différentielle ou SER différentielle, car elle est indicative de la discrimination possible des états de modulation présents sur le signal rétrodiffusé par le tag. La SER différentielle est calculée à l'aide des coefficients de réflexion estimés du tag environné. Les coefficients de réflexion du tag sont estimés pour deux niveaux de charge différents. La SER différentielle est également mesurée directement par le protocole RFID. Dans la dernière partie de ce travail de recherche nous prenons en compte l'impact des non-linéarités de l'impédance complexe de la puce en plus des effets du couplage dans la liason descendante. Sachant que l'impédance complexe de la puce est une fonction de la puissance au niveau de la puce, une procédure de mise en correspondance est présentée pour estimer précisement l'impédance complexe de la puce à partir d'une base de données issue de mesures. A partir du modèle de couplage il est possible d'estimer la puissance délivrée aux puces d'un ensemble de tags distribués aléatoirement incluant les phénomènes de non linéarités. Les déductions tirées de ce travail, combinées à des données statistiques pertinentes, pourraient être utilisées par les ingénieurs concepteurs RFID pour évaluer les performances d'un scénario RFID en prenant en compte le couplage mutuel et l'impédance non linéaire de la puce
The context of this thesis is primarily centered around UHF RFID scenarios which involve a large number of tags randomly distributed and confined in an electrically reduced volume. The proximity of the radiating elements would result in significant electromagnetic coupling between the tag antennas, impacting the communication link between the reader and the tags. Consequently, the key performance indicators of the system such as read-range and read-rate get degraded. This research work presents a performance analysis of such an RFID system by including statistical aspects. To this aim, a model for the forward and reverse links including coupling effects between the tags is presented, which is validated by electromagnetic simulations and measurements. Prior to delving into the analysis involving a set of tags, a comprehensive characterization of the home-made RFID tag integrated with a Higgs-9 chip which is used in the study is performed. The antenna impedance is simulated and measured, while the nonlinear chip impedance is characterized by an impedance analyzer. The whole tag composed of the home-made antenna and the chip is tested under the RFID protocols. Considering the complexity of the problem at hand, the set of RFID tags under study is also modeled by a set of loaded dipoles in order to simplify their electromagnetic model provided that a high correlation between their behaviour could be proved. At this stage, the monostatic RCS is studied with an objective of highlighting the degradation in the response of an isolated tag to that of the same tag while surrounded by other tags. The coupling effects on the impedance and the radiation pattern of a tag are thus included in this monostatic RCS response. Afterwards, the forward link is analyzed in terms of the power absorbed by the chip and the maximum read-range of an interrogated tag while being surrounded by neighboring loaded tags. Interestingly a clear correlation is observed between the power absorbed by the chip obtained by simulation and the maximum read-range which is obtained by simulation and measured under RFID protocol. Multiple random configurations of tags have been tested and as a result of this part, a circuit-level observable is correlated to a direct system-level observable. The performance degradation due to coupling in the reverse link is analyzed in terms of the differential RCS, as it is indicative of the modulation depth from the tag. The differential RCS is calculated using the estimated reflection coefficients of the surrounded tag for two different load levels and is also measured directly under RFID protocol. As the last part, this research work takes into account the impact of nonlinear evolution of the complex chip impedance, along with coupling effects in the reverse link. Knowing that the chip impedance is a function of the input power, a mapping procedure is presented for the chip impedance estimation. The coupling model provides the power delivered to the chip, which is then mapped to obtain the nonlinear chip impedance of each tag in a set of randomly distributed tags. The inferences drawn from this work when combined with relevant statistical data could be used by RFID design engineers to assess the performance of an RFID scenario while being exposed to both mutual coupling and nonlinearities

Ce travail est une étude expérimentale et de modélisation d’une configuration de puce microfluidique réalisée par photoablation laser d’un polymère diélectrique, le polyéthylène téréphtalate (PET) pour des applications en bioanalyse. C’est une configuration dite « non-contact » dans laquelle deux microélectrodes sont galvaniquement isolées dans le PET sans contact avec l’électrolyte du microcanal. La caractérisation par spectroscopie d’impédance de la réponse diélectrique du PET seul a permis de conclure que le film de PET peut être considéré comme un élément à phase constante (CPE). Cela a permis la compréhension des impédances mesurées sur puce microfluidique suivant une perturbation alternative de 100 mV dans la gamme de fréquence comprise entre 1MHz à 1Hz est effectuée pour : un microcanal vide, et un microcanal rempli avec des solutions de différentes conductivités ioniques. Les résultats obtenus ont montré une grande sensibilité des mesures d’impédances par rapport aux variations de la conductivité électrique de la solution électrolytique. Un des résultats surprenant concernant les impédances identifiées a été le comportement CPE observé avec un exposant de 0,5 que nous avons relié à l’impédance de surface rugueuse due la microstructuration en surface du PET photoablaté. Tous ces résultats expérimentaux ont été confortés par la modélisation en utilisant les circuits électriques équivalents puis par les éléments finis. Ce qui a permis de modéliser à la fois les phénomènes physiques dans le microcanal et à l’interface PET/µ-canal photoablaté. Enfin, deux applications capteur puis biocapteur ont été mises en œuvre en suivant le module de l’impédance à fréquence fixe et en fonction du temps. Comme exemple ; l’étude de la cinétique d’adsorption de la BSA sur le PET et l’étude de la cinétique d’association/ dissociation entre la BSA et l’anti-BSA
This work is an experimental study and modeling of a microfluidic chip configuration produced by laser photoablation process on a dielectric polymer, polyethylene terephthalate (PET) for new bioanalytical development. This configuration is named "non- contact" wherein two microelectrodes are galvanically isolated in the PET without contact with the streaming electrolyte. Characterization by impedance spectroscopy of the dielectric response of PET alone has concluded that the PET film can be regarded as a constant phase element (CPE). This has permitted a best understanding of the measured impedances in a microfluidic chip under a 100 mV AC excitation in the frequency range between 1 Hz to 1 MHz, which are performed for: an empty microchannel, and a filled microchannel with electrolytes at various ionic conductivities. The results obtained showed a high sensitivity of the impedance measurements in correlation with the electrical conductivity change of the electrolyte. One of the surprising results relating to the identified impedances was a CPE behavior observed with an exponent of 0.5. This latter has been connected to the impedance due to the PET surface roughness. All these experimental results were supported by modeling using the equivalent circuits and by the finite elements. This was used to model both the physical phenomena in the microchannel and at PET interface/? - channel photoablated. Finally, both sensor and biosensor applications have been implemented in the microchip by recording the impedance module at fixed frequency with time. As examples, the investigating of the kinetics of BSA adsorption on the PET and the kinetics of association / dissociation between BSA and anti?BSA have been demonstrated

Pendant très longtemps, le développement des oscillateurs ultra-stables pour applications spatiales et militaires s'est appuyé sur
l'expérience et le savoir-faire de spécialistes grâce à des méthodes le plus souvent empiriques. Une démarche plus rigoureuse a
été engagée pour améliorer la conception et l'optimisation des oscillateurs ultra-stables (plus particulièrement les oscillateurs à quartz). Cette
thèse fait suite à une série de travaux dans le cadre de plusieurs contrats entre le LPMO et le CNES concernant la modélisation des
oscillateurs à quartz. L'objectif de notre travail est de fournir au CNES un logiciel (nommé ADOQ) offrant à l'utilisateur un outil simple pour la conception d'oscillateurs à quartz
performants. A partir de méthodes de simulation spécifiques aux circuits à grand coefficient de qualité nous avons développé
une méthode de calcul originale appelée méthode du Grand-Sinus. Le logiciel ADOQ est capable de déterminer avec une grande
précision les conditions de fonctionnement des oscillateurs à quartz : fréquence, amplitude, puissance d'excitation du résonateur en régime
permanent, régime transitoire, spectres de bruit d'amplitude et de phase. Il permet par ailleurs de déterminer la sensibilité des caractéristiques
de l'oscillateur en fonction de la variation de la valeur des composants. Il existe actuellement très peu de logiciels industriels en mesure de fournir directement ces informations. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse est
complété par la validation expérimentale de la méthode Grand-Sinus et la vérification de la concordance des résultats de simulation avec les résultats de mesures.

Les laboratoires sur puce visent à intégrer sur un substrat miniaturisé une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Cette miniaturisation d’opérations élémentaires présente des avantages indéniables en termes de portabilité, de vitesse et de rendement des analyses chimiques ou biologiques. Il est ainsi nécessaire de pouvoir contrôler avec précision des petites quantités de liquide sous forme de gouttes. Les actionneurs à ondes acoustiques de surfaces permettent de réaliser la plupart des opérations requises en exploitant les interactions non linéaires entre une onde acoustique et un liquide. Toutefois la physique sous-jacente à ces microsystèmes n’est encore que partiellement comprise, limitant le développement de telles plateformes d’analyse. Nous nous proposons, dans ce travail, d’étudier de manière théorique et expérimentale l’oscillation et le déplacement d’une goutte soumise à des ondes acoustiques de surface. La réaction d’une goutte à une telle excitation ainsi que les transferts non linéaires d’énergie sont abordés dans une première partie. La deuxième partie est consacrée à la modélisation faiblement non linéaire de l’oscillation d’une goutte afin de prédire les résonances paramétriques d’une goutte soumise à une excitation périodique. Dans une troisième partie, la comparaison de la dynamique de gouttes pendantes et de gouttes posées sur des plans horizontaux et inclinés met en exergue l’influence de la gravité sur la dynamique de la goutte, et permet d’observer de nouvelles dynamiques complexes. Enfin dans la dernière partie, les dynamiques décrites dans les précédents chapitres sont utilisées pour trier des cellules en fonction de leur pouvoir d’adhésion
A lab-on-a-chip aims at integrating on a miniaturized substrate one or several laboratory functions. This miniaturization of elementary functions has major advantages to design portable systems, to control precisely the experimental conditions or to reduce the environmental impact of industrial activities. In most of these microsystems, it is necessary to actuate a small amount of chemical or biological fluid under the form of droplets. In particular, it is often necessary to move, divide atomize or mix these small quantities of fluids. Surface Acoustic Wave actuators allow to perform all these elementary operations. They rely on the nonlinear interaction of a surface wave and a liquid. However a precise understanding of the underlying physics is still missing, hence restraining a widespread use of these microsystems. We present, in this thesis, a theorical and experimental study of the oscillation and the displacement of a droplet under a surface acoustic wave excitation. In the first part, we describe the droplet dynamics and nonlinear energy transfers that occur during actuation. The second part of the manuscript is dedicated to the development of a weakly nonlinear model to study parametric response of a droplet to periodic excitation. In a third part, the influence of the gravity is shown through the comparison of pendant and sessile droplet dynamics. A competition beetwen acoustic forces and gravity appears when tilting the experimental device and allow us to observe new droplet dynamics. In the last part of the manuscript, the free surface drop deformations generated by surface acoustic waves, are used to viably sort cells based on their adhesion properties

L’émergence des technologies de communication satellite et radar toujours en pleine essor nécessite des composants de puissance hyperfréquence de plus en plus compacts permettant d’intégrer sur une seule puce des fonctions analogiques/numériques, tout en réduisant le coût de fabrication. Dans ce contexte, le transistor bipolaire à hétérojonction HBT constitue un composant de choix afin d'améliorer les performances des transistors de puissance sur silicium pour les applications hyperfréquences en association avec la technologie CMOS. Ainsi, cette étude est dédiée à la caractérisation et la modélisation non linéaire de ces dispositifs actifs. Dans ce but, un banc de mesures non linéaires et un modèle prédictif grand signal ont été développés jusqu’à 50 GHz. Dans un premier temps, le banc de mesures non linéaires a été mis en œuvre autour du NVNA en configuration load-pull mesurant dans le domaine fréquentiel vis à vis du LSNA mesurant dans le domaine temporel. Cette configuration instrumentale associée à la dynamique du NVNA met en avant ses avantages et inconvénients. Par la suite, une procédure d’extraction pour l’élaboration d’un modèle électrique grand signal a été validée en régimes statique et dynamique. L’originalité de ce modèle prédictif est la procédure d’extraction ainsi que la mise en œuvre rapide s’appuyant sur les formules analytiques physiques des semiconducteurs. Les étapes d’extraction se sont avérées très efficaces lors des confrontations avec les données expérimentales du dispositif sous test dans les mêmes conditions de polarisation et d’impédances de charge. Nous avons alors mis en évidence l’impact des courants thermiques sur les performances en puissance hyperfréquence des transistors bipolaires dans les domaines temporel et fréquentiel
The emergence of satellite communications and radar technologies always require more compact microwave power devices for integration of analog/digital operations on a single chip, reducing the manufacturing cost. As an exemple, since many years heterojunction bipolar transistor (HBT) permits to improve the silicon power transistor performances for microwave applications associated with CMOS technology. In this context, this work focuses on the characterization and modeling of these active devices. For this goal, a non linear bench and a large signal model are developed up to 50 GHz. On the first step, the non-linear measurement is carried out using the NVNA for load-pull measurements on the frequency domain and results are compared with those obtained from the LSNA on the time domain. This instrumental configuration associated with the dynamic operating capabilities of NVNA highlights its advantages and disadvantages. Subsequently, a SiGe HBT device extraction parameters procedure has been validated to establish a large signal model. The originality of this last one is its predictive extraction procedure and fast implementation based on the semiconductors analytical equations. Extraction steps are proven very effective in confrontations with the experimental data of the device under test with the same biases and for different load impedances. At last, thermal currents impacts on microwave power performance are discussed in time and frequency domains

Ce travail détaille une approche de calcul pour la résolution de problèmes dynamiques qui combinent des discrétisations en temps et dans le domaine de Laplace reposant sur une technique de sous-structuration. En particulier, la méthode développée cherche à remplir le besoin industriel de réaliser des calculs dynamiques tridimensionnels pour le risque sismique en prenant en compte des effets non-linéaires d'interaction sol-structure (ISS). Deux sous-domaines sont considérés dans ce problème. D'une part, le domaine de sol linéaire et non-borné qui est modélisé par une impédance de bord discrétisée dans le domaine de Laplace au moyen d'une méthode d'éléments de frontière ; et, de l'autre part, la superstructure qui fait référence pas seulement à la structure et sa fondation mais aussi, éventuellement, à une partie du sol présentant un comportement non-linéaire. Ce dernier sous-domaine est formulé dans le domaine temporel et discrétisé avec la méthode des éléments finis (FE). Dans ce cadre, les forces liées à l'ISS s'écrivent sous la forme d'une intégrale de convolution en temps dont le noyau est la transformée de Laplace inverse de la matrice d'impédance de sol. Pour pouvoir évaluer cette convolution dans le domaine temporel à partir d'une impédance de sol définie dans le domaine de Laplace, une approche basée sur des Quadratures de Convolution (QC) est présentée : la méthode hybride Laplace-Temps (L-T). La stabilité numérique de son couplage avec un schéma d'intégration de type Newmark est ensuite étudiée sur plusieurs modèles d'ISS en dynamique linéaire et non-linéaire. Finalement, la méthode L-T est testée sur un modèle numérique plus complexe, proche d'une application sismique de caractère industriel, et des résultats satisfaisants sont obtenus par rapport aux solutions de référence
The present work addresses a computational methodology to solve dynamic problems coupling time and Laplace domain discretizations within a domain decomposition approach. In particular, the proposed methodology aims at meeting the industrial need of performing more accurate seismic risk assessments by accounting for three-dimensional dynamic soil-structure interaction (DSSI) in nonlinear analysis. Two subdomains are considered in this problem. On the one hand, the linear and unbounded domain of soil which is modelled by an impedance operator computed in the Laplace domain using a Boundary Element (BE) method; and, on the other hand, the superstructure which refers not only to the structure and its foundations but also to a region of soil that possibly exhibits nonlinear behaviour. The latter subdomain is formulated in the time domain and discretized using a Finite Element (FE) method. In this framework, the DSSI forces are expressed as a time convolution integral whose kernel is the inverse Laplace transform of the soil impedance matrix. In order to evaluate this convolution in the time domain by means of the soil impedance matrix (available in the Laplace domain), a Convolution Quadrature-based approach called the Hybrid Laplace-Time domain Approach (HLTA), is thus introduced. Its numerical stability when coupled to Newmark time integration schemes is subsequently investigated through several numerical examples of DSSI applications in linear and nonlinear analyses. The HLTA is finally tested on a more complex numerical model, closer to that of an industrial seismic application, and good results are obtained when compared to the reference solutions

L'étude porte sur les pertes acoustiques non-linéaires localisées à la sortie d'un tube cylindrique. Trois aspects sont envisagés : tout d'abord la mise en évidence du phénomène par la mesure de l'impédance terminale du tube, puis la modélisation physique du phénomène et enfin l'application aux instruments de musique à vent. Le travail comprend trois parties qui traitent des trois aspects envisagés.

Dans une première partie, des mesures de l'impédance terminale réalisées à l'aide d'une méthode à deux microphones montrent que les pertes à la sortie du tube - partie réelle de l'impédance terminale dans le cadre de l'approximation du premier harmonique - augmentent avec l'amplitude de la vitesse acoustique. Les résultats montrent que l'importance de ces pertes dépend fortement du rayon de courbure des bords intérieurs à la sortie de tube. En outre, pour les faibles rayons de courbure, deux régimes sont mis en évidence. L'existence de ces deux régimes est confirmée par des observations utilisant la vélocimétrie par imagerie de particules (PIV) réalisées en collaboration avec l'Université d'Edimbourg : dans les deux cas un anneau tourbillonnaire est formé à la sortie du tube mais dans le cas du premier régime (faibles vitesses acoustiques) l'anneau reste accroché aux bords du tube alors que dans le cas du second régime (fortes vitesses acoustiques) il est expulsé.

La seconde partie concerne la modélisation du phénomène dans le but de mieux comprendre les mécanismes physiques mis en jeu. La théorie du bruit tourbillonnaire (``vortex sound theory'') est appliquée afin d'estimer directement les pertes à la sortie du tube. Trois calculs utilisant cette théorie sont menés : le premier, analytique, sur la base d'un unique anneau tourbillonnaire fixe ou mobile, le second à partir des mesures par PIV et le troisième par la méthode numérique dite des réseaux de Boltzmann. Les trois calculs conduisent à des résultats similaires qui démontrent que les pertes non linéaires trouvent leur origine dans la formation d'anneaux tourbillonnaires en sortie de tube. Ces résultats sont confrontés avec succès aux résultats issus des mesures d'impédance.

La troisième partie analyse les conséquences que peuvent avoir les pertes non linéaires dans le fonctionnement d'un instrument de musique à trous latéraux. Il est montré expérimentalement et à l'aide de simulations numériques que la dynamique de jeu d'un instrument à vent dépend directement des pertes dans l'instrument et que cette dynamique peut être étendue lorsque les pertes à la sortie sont minimisées par exemple en chanfreinant les bords des trous latéraux.

Cette étude porte sur les apports de l'automatique dans les systèmes intégrés sur Silicium pour la synthèse de radio-fréquences de l'ordre du Giga-Hertz avec une pureté spectrale optimale. La base des architectures qui réalisent cette fonction repose sur celle des boucles à verrouillage de phase (PLL). Ce travail se positionne par rapport aux di érents modèles existants et apporte des améliorations pour l'étude du bruit de phase et de la robustesse de ces systèmes non linéaires avec entre autres un outil pour l'analyse de la stabilité et de la robustesse semi globale. Ces travaux ont permis l'optimisation d'une nouvelle architecture fractionnaire réalisée et testée. L'approche systémique propre à l'automatique a aussi permis d'améliorer les performances des architectures numériques grâce à un observateur et un contrôleur robuste de type Hinfini. Leur implémentation sur Silicium est rendue possible grâce à des algorithmes qui visent à réduire la surface du circuit.

Les problèmes neurologiques dus aux AVC et aux lésions de la moelle épinière ainsi que la faiblesse des muscles squelettiques peuvent considérablement affecter les capacités motrices des personnes infirmes ou âgées. Les solutions traditionnellement utilisées pour l’assistance et le traitement de ces personnes dépendantes, sont relativement coûteuses; en termes de prise charge, elles impliquent, pour les aidants et les services de santé, des efforts humains et des moyens financiers importants. Dans ce cadre, la robotique apparaît comme une solution bien adaptée et prometteuse pour développer des systèmes d’assistance permettant d’améliorer l’autonomie des personnes dépendantes. Les exosquelettes des membres inférieurs sont des robots portables, destinés à être utilisés en tant que dispositifs d’aide à la mobilité pour augmenter les capacités motrices des sujets porteurs, ou comme auxiliaires de rééducation neuromusculaire. Ce domaine de recherche a fait l’objet, ces dernières années, d’un intérêt grandissant au sein de la communauté robotique. Du fait qu’un exosquelette est caractérisé par une interaction physique et cognitive directe avec son porteur, sa fonction principale est de fournir une assistance adaptée aux capacités sensorimotrices du sujet porteur. Il est, par conséquent, nécessaire de développer des stratégies de commande basées sur l’intention de mouvement du porteur. Du point de vue de l’exosquelette, les contacts physiques avec le sujet porteur ou l’environnement sont considérés comme des perturbations affectant la bonne réalisation des mouvements désirés du porteur. Ces perturbations doivent être également être prises en compte lors de la conception des stratégies de commande.Dans cette thèse, nous proposons trois stratégies de commandes assistives pour les exosquelettes des membres inférieurs. Deux modes d’assistance sont étudiés ici: le mode passif où le sujet dispose de capacités motrices très limitées et ne développe quasiment aucun effort, et le mode actif-aidé où le sujet possède certaines capacités motrices mais qui sont insuffisantes pour réaliser de manière autonome un mouvement désiré. Dans la première stratégie de commande, le sujet est supposé être en mode passif. Une commande robuste par modes glissants, basée sur un observateur non-linéaire de perturbations (Nonlinear Disturbance Observer (NDO)), est développée pour garantir un suivi précis des mouvements désirés de l’articulation du genou. Dans la deuxième stratégie de commande, nous proposons une structure de commande en impédance active non-linéaire où le sujet est supposé être en mode actif-aidé. Cette stratégie de commande assistive est utilisée pour assister le porteur dans la réalisation d’activités physiques mono-tâche. L’évaluation des performances de la structure proposée sont étudiées dans le cadre de deux activités: la flexion/extension du genou et le transfert assis-debout. Enfin, la troisième stratégie de commande proposée est une commande contextualisée pour assister le porteur dans ses activités de marche. Nous proposons une approche permettant de détecter le mode de marche dès le début d’un nouveau pas, en utilisant les caractéristiques cinématiques du porteur, à savoir la position et la vitesse des pieds lors de la marche. L’approche de détection du mode de marche rend possible la sélection des modèles cinématique et cinétique appropriés pour chaque mode. Différentes stratégies d’assistance sont développées: compensation partielle de la gravité, assistance basée impédance de type ressort/amortisseur virtuel et assistance de type impédance nulle. Ces stratégies sont combinées différemment selon le mode de marche estimé. Pour évaluer les performances des stratégies de commande proposées, deux prototypes d’exosquelettes des membres inférieurs ont été développés: l’exosquelette de l’articulation du genou EICOSI, et l’exosquelette des membres inférieurs E-ROWA
Neurological problems caused by stroke and spinal cord injury as well as the weakness of skeletal muscles may considerably affect the motor ability of the elderly and infirm. Traditional solutions of assistance and treatment for these dependent people are relatively costly; they generally need significant human efforts and financial resources from caregivers and national healthcare centers. In this context, robotics appears as a convenient and promising solution to develop assistive systems for improving the autonomy of dependent people. Lower limb exoskeletons are wearable robots that can be used as assistive devices for augmenting the wearer’s motor ability and/or improving the effectiveness of neuromuscular rehabilitation. Recently, they have attracted increasing interest in the robotics community. As lower limb exoskeletons exhibit close cognitive and physical interactions with the wearer, a fundamental function is to provide appropriate power assistance by taking into account the wearer’s sensor-motor ability. Consequently, it is of great importance to develop human intention based control strategies. Meanwhile, from the exoskeleton’s viewpoint, the physical contacts with the wearer and the environment are both considered disturbances affecting the accomplishment of the wearer’s desired movements. These disturbances should also be taken into account during the design of control strategies.In this thesis, we develop three assistive control strategies for lower limb exoskeletons. In the meantime, two modes of assistance are studied: the passive mode in which the wearer has very limited motor ability as well as the active-assisted mode in which the wearer has certain motor ability but that is insufficient to perform autonomously a desired physical movement. In the first control strategy, the wearer is assumed to be in passive mode. A robust sliding mode control approach is developed based on the use of a nonlinear disturbance observer, in order to guarantee accurate tracking performance of desired knee joint movements. In the second control strategy, we propose a human intention based nonlinear active impedance control structure, in which the wearer is in an active-assisted mode. This assistive strategy is used to assist the wearer in single-task physical activities, for instance, the knee joint flexion/ extension movement. We investigate the performance of the proposed control structure based on two case studies: knee-joint flexion/extension movements and sit-to-stand movements. Finally, the third control strategy is developed to assist the wearer during walking activities. We propose a new approach that is able to detect the gait mode at the early beginning of a new step using the kinematic features namely velocity and position of the wearer’s feet during walking. The proposed gait mode detection approach makes it possible to select appropriate kinematic and kinetic models for each gait mode. Different assistive strategies are developed: partial gravity compensation, virtual-spring/damper based impedance assistance and zero impedance assistance. These strategies are combined differently according to the estimated wearer’s gait mode. To evaluate the proposed control strategies, two lower limb exoskeleton prototypes are developed: a knee joint lower limb exoskeleton, called EICOSI, and a full lower limb exoskeleton, called E-ROWA

Les matériaux ferroélectriques non-linéaires à faibles pertes diélectriques présentent une permittivité ajustable sous champ électrique qui les destine à des applications de composants agiles hyperfréquences pour la microélectronique et les télécommunications (condensateurs et résonateurs accordables, déphaseurs, ...). Les performances requises - pertes diélectriques faibles, permittivité modérée, accordabilité maximale, stabilité thermique jusqu'aux hyperfréquences - imposent d'améliorer le matériau de base Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST). Les céramiques élaborées à partir de BST et d'une phase à faibles pertes non-ferroélectrique telle MgO, MgTiO3, mais aussi les compositions inédites avec SnO2 et BaSnO3, sont caractérisées par des analyses physico-chimiques et électriques. Afin de réduire de manière significative les pertes diélectriques, de nouveaux composites à architecture contrôlée (coeur/écorce notamment BST@SiO2) sont développés par des procédés innovants de synthèse en chimie douce. Les essais de faisabilité et leurs propriétés électriques inédites ouvrent la voie à de nombreuses possibilités de maîtrise de l'agencement des phases dans les matériaux composites ferroélectriques.